[發(fā)明專利]一種基于宏觀尺度ZnO單晶材料的氣體傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710046546.0
• 申請日: 2007-09-27
• 公開（公告）號: CN101131373A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張寧;郁可;雷瑋;王有平;曹福全;朱自強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 上海德昭知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 程宗德

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于宏觀尺度ZnO單晶材料的氣體傳感器，具體涉及一種在叉指型金屬電極上粘附的宏觀尺度ZnO單晶材料作為傳感導(dǎo)電體的氣體傳感器，該傳感器通過被測氣體在傳感導(dǎo)電體表面的物理吸附使得傳感導(dǎo)電體電阻變化，來檢測不同氣體及該氣體濃度，屬于傳感器制造的技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

氣體傳感器通常用來檢測氣體中的特定成分，用來對有毒、有害氣體進(jìn)行檢測，對易燃易爆氣體進(jìn)行安全警報(bào)，對要了解的氣體進(jìn)行檢測、分析和研究等。目前工業(yè)化生產(chǎn)使用的氣體傳感器主要有兩種類型。一種是基于電化學(xué)原理的氣體傳感器；另一種是以半導(dǎo)體氧化物材料作為傳感導(dǎo)電體的氣體傳感器。一般說來作為傳感導(dǎo)電體的材料微粒粒度越小，比表面積越高，傳感器于眾位氣體的接觸而發(fā)生的相互作用也越大，敏感度也越高。由于納米材料具有巨大的表面積，其表面能吸附大量的氣體分子，因此使得用納米材料制備的傳感器具有很高的靈敏度。目前國際上已有采用單根納米線和大量納米線薄膜作為傳感導(dǎo)電體的報(bào)道(Nanowire?nanosensors?for?highly?sensitive?and?selective?detection?ofbiological?and?chemical?species，Science，(2001)293，1289；Fabricationand?ethanol?sensing?characteristics?of?ZnO?nanowire?gas?sensors，AppliedPhysics?Letters(2004)84，3654；Room?temperature?gas?sensing?of?p-typeTeO2?nanowires，Applied?Physics?Letters(2007)84，3654；)。但上述這些傳感器在實(shí)際生產(chǎn)中將納米線連接在導(dǎo)電電極兩端的主要方法是采用原子力顯微鏡(AFM)或是將大量納米線溶于有機(jī)溶劑如丙酮中，再將其滴到電極上，這些方法操作復(fù)雜或者隨機(jī)性較大，不適合大量生產(chǎn)。針對這一情況，本發(fā)明提出一種直接用導(dǎo)電銀漿連接氣敏材料和金屬電極的氣體傳感器，該氣敏材料采用具有宏觀尺度的ZnO單晶材料，其由大量定向納米桿自然生長而成，外形在宏觀尺度，而又具有納米材料特性，因此操作方面，靈敏度高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單，靈敏度高，成本低廉的基于宏觀尺度ZnO單晶材料的氣體傳感器。

本發(fā)明提供的基于宏觀尺度ZnO單晶材料的氣體傳感器包括：基底、金屬電極層、傳感導(dǎo)電體和外接電路，其中傳感導(dǎo)電體為宏觀尺度ZnO單晶材料，通過熱蒸發(fā)法大規(guī)模生產(chǎn)的宏觀尺度ZnO單晶材料，該材料由直徑為60～800nm的ZnO納米桿自然生長而成，將其用銀漿粘在金屬電極層上。

所述的基底，其表面具有高絕緣性，可以是玻璃、也可以是石英片或者硅片；當(dāng)使用硅片做基底時，硅片表面要氧化一層SiO₂作為絕緣層。

金屬電極層設(shè)置在基底上，是通過絲網(wǎng)印刷工藝將銀漿在絕緣基底上印出金屬電極圖案，然后將金屬片或金屬絲按照圖案粘附在銀漿上，電極的厚度為1～3mm，電極間距為1mm。

本發(fā)明提供的基于宏觀尺度ZnO單晶材料的氣體傳感器，為使得金屬電極和作為傳感導(dǎo)電體的宏觀尺度ZnO單晶材料充分接觸，提高傳感其性能，可以將金屬電極的陽極和陰極設(shè)計(jì)成叉指狀，如陽極設(shè)計(jì)成“口”字缺少右邊一豎，同時陰極設(shè)計(jì)成“口”字缺少左邊一豎，再將兩電極相互嵌入對方缺口，但須保證電極間距為1mm。當(dāng)然，這里陽極和陰極的涉及完全可以相互交換。按照這一原理還可以將陽極和陰極由多個“口”字重疊而成且分別缺少左邊一豎和右邊一豎，并互嵌入對方缺口，但須保證電極間距為1mm。另外，本發(fā)明提供的基于宏觀尺度ZnO單晶材料的氣體傳感器，為使得金屬電極和作為傳感導(dǎo)電體的宏觀尺度ZnO單晶材料充分接觸，提高傳感其性能，可以將作為傳感導(dǎo)電體的宏觀尺度ZnO單晶材料設(shè)計(jì)成樹枝狀，且每根ZnO單晶材料均和陽極和陰極接觸，從而增加了金屬電極和作為傳感導(dǎo)電體的宏觀尺度ZnO單晶材料充分接觸。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明的制備方法是可以在宏觀條件下手工完成，無需借助微納米觀測和操作儀器，所采用的傳感導(dǎo)電體是可以大規(guī)模生長的宏觀尺寸的ZnO單晶材料，簡單易行，重復(fù)性好，原料容易得到，制備成本低廉，非常適于用來制備大量的ZnO氣體傳感器。